堿基編輯具有比傳統(tǒng)的CRISPR-Cas9系統(tǒng)更好的控制性。圖片來源：Carlos ClarivanScience Photo Library
“人類基因組編輯時代現(xiàn)在正處于脆弱的開端，我們都有責(zé)任盡一切可能減少不利影響。”該研究負責(zé)人、美國博德研究所化學(xué)生物學(xué)家David Liu說，“尤其是在這些技術(shù)開始進入臨床試驗的時候?！?/p>
在CRISPR-Cas9編輯中，研究人員使用Cas9酶切斷DNA雙鏈，然后依靠細胞的DNA修復(fù)機制在該位置引入DNA序列的改變。這種方法是有效的，但對于引入什么序列幾乎無法控制。然而在堿基編輯中，Cas9酶切割DNA的能力被破壞了，并與其他酶融合在一起，這些酶可以用化學(xué)方法將DNA的一個“字母”轉(zhuǎn)換成另一個。Cas9將這些酶引導(dǎo)到目標位置。在那里，它們不是破壞DNA的兩條鏈，而是重寫一個特定的“字母”。
但是這項技術(shù)仍然需要優(yōu)化。去年，研究人員報告說，用于將DNA堿基C轉(zhuǎn)化為T的酶不僅作用于研究人員指定的目標，還可以作用于基因組中的其他隨機位置。這些脫靶效應(yīng)引起了人們對使用該技術(shù)進行基因治療的擔(dān)憂，因為不必要的DNA編輯可能造成潛在的傷害。
而且，這些變化隨機散布在整個基因組中，而檢測它們的唯一方法是對全部編輯過的基因組進行測序——這既繁瑣又昂貴。
為了解決這個問題，該研究組開發(fā)了幾種方法尋找細菌和人類細胞中的脫靶突變，而不需要對整個基因組進行測序。在其中一種方法中，研究人員將堿基編輯器插入細菌中，并測試了微生物的抗生素耐藥性。細菌細胞的耐藥頻率越高，堿基編輯器在其中的DNA突變就越活躍。
研究小組篩選了各種酶，包括自然產(chǎn)生和人工合成的酶，以尋找保真度更高的堿基編輯酶。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)了一組酶，可以將C轉(zhuǎn)化為T，而不會引起許多脫靶突變。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物生物學(xué)家高彩霞表示，減少脫靶對將堿基編輯用于治療疾病十分重要。她表示，篩選方法比新酶本身更令人興奮。因為一些堿基編輯器在植物細胞中不能很好工作，所以她希望能篩選出有效的工具。
此外，在《自然—生物技術(shù)》的另一篇論文中，研究人員還進一步開發(fā)了Cas9酶，這種酶可以靶向以前無法到達的DNA區(qū)域。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-020-0414-6 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41587-020-0412-8 (2020)
